WO2019115207A1 - Gleichtakt-gegentakt-drossel für ein elektrisch betreibbares kraftfahrzeug - Google Patents

Gleichtakt-gegentakt-drossel für ein elektrisch betreibbares kraftfahrzeug Download PDF

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WO2019115207A1
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mode
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throttle
common
core
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PCT/EP2018/082384
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Emiliano GUDINO CARRIZALES
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Definitions

  • the invention relates to a common-mode push-pull throttle for an electrically operable motor vehicle, having a core having at least two parallel and spaced leg having a common mode induction coil and a push-pull induction coil, wherein the two induction coils to each one of the two legs are wound.
  • the invention relates to a transformer with a
  • Circuit arrangement which is arranged between a high-voltage side and a low-voltage side of the transformer, wherein on at least one of the sides of the transformer, a common mode push-pull throttle is arranged or connected.
  • patent specification EP 2 814 151 A2 discloses an inverter having an integrated common-mode differential choke having a common-mode induction coil and a push-pull induction coil. The two induction coils are wound on a common throttle core.
  • a single-phase transformer translates the primary voltage (high voltage) to the secondary side (Low voltage) and ensures the necessary electrical isolation between the two voltage networks, among other things to ensure the protection of persons.
  • the secondary-side AC voltage is then using
  • Rectifier diodes or rectified by means of a synchronous rectifier.
  • a smoothing choke and a smoothing capacitor In order to reduce the ripple of the output voltage, it is also known to use a smoothing choke and a smoothing capacitor.
  • the transformer only transmits AC voltage
  • the high-voltage DC voltage must first be converted into an AC voltage or a time-varying voltage. This task usually take high-voltage switch, in particular
  • Half line switch They are controlled in such a way that during the
  • Transformer is applied and induces a secondary voltage. After the control phase, the switches are switched off and the voltage at the
  • the transformer operated with an AC voltage.
  • the transformer can also be operated with a pulsating DC voltage. In this case, make sure that it is demagnetized and saturation of the magnetic material does not occur.
  • the switches are very quickly brought from the locked to the conductive state and vice versa. The fast switching minimizes the switching losses of the switches, the speed of the voltage and the voltage
  • Electromagnetic compatibility can make these disturbances so far be reduced so that the device meets all normative requirements.
  • the conducted disturbances are divided into common mode and differential mode noise.
  • Common mode induction coil reduces common mode noise and a
  • DMC Differential mode inductance
  • push-pull induction coil reduces differential mode noise.
  • EMF straightening filters require both types of inductors, since both types of disturbances occur together.
  • both inductors are often separated as two physical ones,
  • Inductors are precisely adjustable, wherein the induction coils are arranged on the same throttle core and act without affecting the electrical or magnetic properties of the common mode induction coil and the push-pull induction coil.
  • the space is reduced and thus the throttle and in particular the throttle having the transformer formed compact.
  • the production costs are lowered and the
  • Inductors also improve the E MV properties of the choke and thus the circuit having the choke. According to the invention it is provided that the distance between the facing each other
  • Winding sections corresponds to each other at least one of the induction coils on both sides of the respective leg.
  • the throttle according to the invention thus has a certain distance between the two coils to each other at their mutually facing winding sections. This distance corresponds to the distance between the opposite
  • the core has a central leg which is arranged between the two already mentioned legs.
  • the three legs are preferably in a plane next to each other, wherein the third leg in particular aligned parallel to the other two legs / arranged.
  • the third leg thus protrudes at least in sections between the two induction coils.
  • the three legs have the same width
  • Induction coils reached each other. While it has hitherto been customary for the middle limb to be at least twice as wide as the two outer limbs in the case of comparable throttles, in the present case the middle limb is narrower, namely just as wide as the outer limbs, which results in the advantageous setting of the inductances results.
  • the three legs are connected together at one end by a first trunk leg. This results in an E-shaped core part with an advantageous magnetic flux.
  • the outer legs are connected to one another at a different end by a second trunk leg, which in particular forms an I-shaped core part.
  • a free space is provided between the two trunk legs, which serves to receive the mutually facing effective sections of the induction coils.
  • the third limb or the middle limb protrudes into this free space, for example extends to the second trunk leg, so that the free space is divided by the middle leg into two free spaces.
  • the core is a total of the second stem legs in particular El-shaped.
  • the core is preferably U-shaped, EE-shaped or U-shaped
  • the middle leg ends at a distance from the second stem leg, so that an air gap exists between the middle leg and the second stem leg.
  • the size of the air gap determines the size of the inductors.
  • the middle leg extends to the second stem leg, in another extreme case, the leg length of the middle leg is equal to zero, so that the E-shaped core becomes a U-shaped core.
  • the inductances reach their maximum value when the air gap through the middle leg is completely bridged up to the second stem leg, ie the size of the air gap is equal to zero.
  • the inductances are given their minimum value when the air gap between the middle limb and the second trunk limb is maximum.
  • the leakage inductance depends in the latter case mainly on the geometric arrangement of the windings to each other.
  • the inverter according to the invention with the features of claim 8 is characterized by the inventive common mode push-pull throttle. This results in the already mentioned advantages. Further advantages and preferred features and combinations of features emerge in particular from the previously described and from the claims.
  • Figure 1 is a circuit diagram of an integrated common mode push-pull choke and Figures 2A and B an embodiment of the common mode choke.
  • FIG. 1 shows, in a simplified representation, a circuit diagram of a common mode push-pull throttle 1, which is implemented in one component.
  • the inductor 1 comprises inductors LI, L2 and LDM, the inductors LI and LDM being connected in parallel with the inductor L2.
  • High-voltage network associated capacitor CX1 drops a first voltage and through two more capacitors CY, between which one
  • the throttle is connected in particular to a circuit of a transformer not shown here.
  • the coils LI and L2 and LDM form a common mode choke CMC and the coils LI and LDM form a push-pull choke DMC.
  • FIGS. 2A and 2B show an embodiment of the throttle 1 in a simplified representation, FIG. 2A showing dimensions and FIG. 2B magnetic stray fields of the throttle 1.
  • FIG. 1 Shown here is the structure of the reactor 1 in planar technology. This can also be applied to wire-wound inductors.
  • an El-core shape of a core 3 of the reactor 1 is shown.
  • the core 3 thus has an E-shaped core part 4 and an I-shaped core part 5.
  • the E-shaped core part 4 has three legs 6, 7 and 8, which are aligned parallel and spaced from each other and emanate from a trunk leg 9, so that the E-shape results.
  • the I-shaped core part 5 is opposite to the E-shaped core part 4, so that the I-shaped core part 5 is parallel to the stem leg 4 and even forms a second stem leg 10 which rests on the outer legs 6 and 8, so that There is a physical contact between the legs 8, 9 and the trunk leg 10 and the I-shaped core part 5.
  • the lying between the legs 6 and 8 middle leg 7 is formed shortened, so that there is an air gap /.
  • the air gap / is smaller than the length IF of the outer legs 6, 8 according to the present embodiment.
  • the coil LI is wound as a push-pull induction coil and around the leg 8, the coil L2 as a common-mode induction coil.
  • the legs 6, 7 and 8 each have the same width bs, so that the distance of the mutually facing winding sections of the coils LI and L2 at their mutually facing sides in the E-core part 9 is the same size as the
  • each induction winding LI, L2 has its own stray field L1S or L2S, which does not flow through the other induction winding in each case.
  • the main field H is generated by the main inductance Lh and the stray fields from the respective leakage inductances L a .
  • a coupling k between the windings of the induction coils LI and L2 is set.
  • the inductances LDM and LCM also change.
  • the center leg 7 completely disappears and the previous I-core part 4 becomes a U-core part or a U-shaped core.
  • the leakage inductance depends in this case mainly on the geometric arrangement of the windings or the induction coils LI, L2 to each other.
  • the value of Lh changes by about 20% of the minimum value over the entire change in length of the Lh
  • the throttle 1 can also be realized with two E cores or two U cores or a U-core combination.
  • the turns of the induction coils LI and L2 are not wound as usual around the central leg 7 of the core, they are each wound around the outer legs 6, 8. This increases the stray inductance L a of the common mode choke.
  • L a LDM and the

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleichtakt-Gegentakt-Drossel (1) für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug, mit zumindest zwei parallel und beabstandet zueinander ausgerichteten Schenkeln (6, 8) aufweisenden Kern (4), mit einer Gleichtakt-Induktionsspule (L1) und mit einer Gegentakt-Induktionsspule (L2), wobei die beiden Induktionsspulen (L1, L2) jeweils um einen der zwei Schenkel (6, 8) gewickelt sind. Es ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen einander zugewandten Wicklungsabschnitten der beiden Induktionsspulen (L1, L2) dem Abstand der Wicklungsabschnitte zumindest einer der Induktionsspulen (L1, L2) beidseits des jeweiligen Schenkels (6, 8) zueinander entspricht.

Description

Beschreibung
Gleichtakt-Gegentakt-Drossel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Gleichtakt-Gegentakt-Drossel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug, mit einem zumindest zwei parallel und beabstandet zueinander ausgerichtete Schenkel aufweisenden Kern, mit einer Gleichtakt- Induktionsspule und mit einer Gegentakt-Induktionsspule, wobei die beiden Induktionsspulen um jeweils einen der zwei Schenkel gewickelt sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Transformator mit einer
Schaltungsanordnung, die zwischen einer Hochspannungsseite und einer Niederspannungsseite des Transformators angeordnet ist, wobei auf mindestens einer der Seiten des Transformators eine Gleichtakt-Gegentakt-Drossel angeordnet beziehungsweise angeschlossen ist.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Gleichtakt-Gegentakt-Drosseln der Eingangs genannten Art bereits bekannt. So offenbart beispielsweise die Patentschrift EP 2 814 151 A2 einen Wechselrichter, welcher eine integrierte Gleichtakt- Gegentakt-Drossel aufweist, die eine Gleichtakt-Induktionsspule und eine Gegentakt-Induktionsspule aufweist. Die beiden Induktionsspulen sind dabei auf einem gemeinsamen Drossel-Kern aufgewickelt.
Bei Kraftfahrzeugen, die elektrisch antreibbar sind, also insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeugen, wird Energie von einem Hochvoltnetz beziehungsweise aus einer Hochvoltbatterie in ein Niedervoltnetz, das üblicherweise eine
Maximalspannung von 12 Volt aufweist, übertragen. Häufig wird dies mit einem einphasigen Gleichspannungswandler realisiert. Ein einphasiger Transformator übersetzt dabei die Primärspannung (Hochvoltspannung) auf die Sekundärseite (Niederspannung) und sorgt für die notwendige galvanische Trennung zwischen den beiden Spannungsnetzen, um unter anderem den Personenschutz zu gewährleisten. Die sekundärseitige Wechselspannung wird dann mittels
Gleichrichterdioden beziehungsweise mittels eines Synchrongleichrichters gleichgerichtet. Um die Welligkeit der Ausgangsspannung zu reduzieren, ist es außerdem bekannt, eine Glättungsdrossel und einen Glättungskondensator einzusetzen.
Weil der Transformator nur Wechselspannung überträgt, muss zuerst die Hochvolt-Gleichspannung in eine Wechselspannung beziehungsweise in eine zeitlich veränderliche Spannung umgewandelt werden. Diese Aufgabe übernehmen üblicherweise Hochspannungsschalter, insbesondere
Halbleitungsschalter. Sie werden derart angesteuert, dass während der
Leitphase die gesamte Eingangsspannung an der Primärwicklung des
Transformators anliegt und eine sekundäre Spannung induziert. Nach der Leitphase werden die Schalter ausgeschaltet und die Spannung an der
Primärwicklung beträgt 0 Volt. Nach einer Totzeit werden zwei weitere Schalter derart angesteuert, dass nun die gesamte Eingangsspannung an der
Primärinduktivität aber mit umgekehrter Polarität anliegt. Damit wird der
Transformator mit einer Wechselspannung betrieben. Der Transformator kann auch mit einer pulsierenden Gleichspannung betrieben werden. In diesem Fall muss dafür gesorgt werden, dass er entmagnetisiert wird und die Sättigung des magnetischen Materials nicht eintritt. Um eine hohe Effizienz zu erreichen werden die Schalter sehr schnell vom gesperrten in den leitenden Zustand gebracht und umgekehrt. Durch das schnelle Schalten werden die Schaltverluste der Schalter minimiert, die Geschwindigkeit der Spannungs- und der
Stromänderung erhöht. Diese schnellere Spannungs- und Stromänderung bringen in Kombination mit parasitären, elektrischen Bauelementen der
Leiterplatte, der Bauelemente und vom mechanischen Aufbau höhere
leistungsgebundene Störungen und elektromagnetische Störaussendungen mit sich. Der Maximalwert der leistungsgebundenen Störungen, die vom
Gleichspannungswandler in das Hochspannungsnetz und das
Niederspannungsnetz eingespeist werden, sind genormt und dürfen nicht überschritten werden. Durch den Einsatz geeigneter Filter zur
elektromagnetischen Verträglichkeit (EMF-Filter) können diese Störungen so weit reduziert werden, dass das Gerät alle normativen Anforderungen erfüllt. Die leitungsgebundenen Störungen werden in Gleichtakt- und Gegentaktstörungen unterteilt. Eine Gleichtakt- oder Common-Mode-Induktivität (CMC) oder
Gleichtakt-Induktionsspule reduziert die Gleichtaktstörungen und eine
Differenzial-Mode-Induktivität (DMC) oder Gegentakt-Induktionsspule reduziert die Gegentaktstörungen. Normalerweise benötigen die EMF-Richtfilter beide Induktivitätstypen, da beide Störungsarten gemeinsam auftreten. In der Praxis werden beide Induktivitäten häufig als zwei physikalische getrennte,
unterschiedliche Bauelemente eingesetzt. Aus der oben genannten Druckschrift ist es jedoch bereits bekannt, die beiden Induktivitäten in einem Bauelement zu vereinen.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Gleichtakt-Gegentakt-Drossel hat den Vorteil, dass die
Induktivitäten genau einstellbar sind, wobei die Induktionsspulen an dem gleichen Drossel- Kern angeordnet sind und wirken, ohne dass die elektrischen beziehungsweise magnetischen Eigenschaften der Gleichtakt-Induktionsspule und der Gegentakt-Induktionsspule beeinträchtigt werden. Durch die Integration beider Induktionsspulen wird der Bauraum verringert und damit die Drossel und insbesondere der die Drossel aufweisende Transformator kompakt ausgebildet. Darüber hinaus werden die Herstellungskosten gesenkt und die
Fertigungsschritte reduziert. Durch das genaue Anpassen der beiden
Induktivitäten verbessern sich ausserdem die E MV- Eigenschaften der Drossel und damit die der die Drossel aufweisenden Schaltung. Erfindungsmäßig ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen den einander zugewandten
Wicklungsabschnitten der beiden Induktionsspulen dem Abstand der
Wicklungsabschnitte zumindest einer der Induktionsspulen beidseits des jeweiligen Schenkels zueinander entspricht. Die erfindungsgemäße Drossel weist somit einen bestimmten Abstand der beiden Spulen zueinander an ihren einander zugewandten Wicklungsabschnitten auf. Dabei entspricht dieser Abstand dem Abstand, der zwischen den voneinander abgewandten
Wicklungsabschnitten derselben Induktionsspule beidseits des zugeordneten Schenkels und damit dem Innendurchmesser der jeweiligen Induktionsspule. Durch die vorteilhafte Wahl des Abstands ist es möglich, die Induktivitäten beider Induktionsspulen besonders genau einzustellen und damit einen optimierten Betrieb der Gleichtakt-Gegentakt-Drossel beziehungsweise der die Drossel aufweisenden Schaltung zu gewährleisten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kern einen mittleren Schenkel aufweist, der zwischen den beiden bereits genannten Schenkeln angeordnet ist. Die drei Schenkel liegen bevorzugt in einer Ebene nebeneinander, wobei auch der dritte Schenkel insbesondere parallel beabstandet zu den beiden anderen Schenkeln ausgerichtet/angeordnet ist. Der dritte Schenkel ragt somit zwischen den beiden Induktionsspulen zumindest abschnittsweise hindurch. Durch den dritten Schenkel wird die
Magnetfeldführung und damit die Wirkung der Drossel verbessert.
Besonders bevorzugt weisen die drei Schenkel die gleiche Breite
beziehungsweise den gleichen Querschnitt auf. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Gleichtakt-Gegentakt-Drossel. Dadurch, dass auch der mittlere Schenkel so breit ist wie die außen liegenden Schenkel, wird automatisch der zuvor genannte vorteilhafte Abstand zwischen den
Induktionsspulen zueinander erreicht. Während es bisher üblich ist, dass der mittlere Schenkel bei vergleichbaren Drosseln mindestens doppelt so breit ist, wie die beiden außen liegenden Schenkel, ist vorliegend der mittlere Schenkel schmaler, nämlich genauso breit ausgebildet wie die außen liegenden Schenkel, wodurch sich die vorteilhafte Einstellung der Induktivitäten ergibt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die drei Schenkel an einem Ende durch einen ersten Stammschenkel miteinander verbunden sind. Hierdurch ergibt sich ein E-förmig ausgebildeter Kernteil mit einem vorteilhaften Magnetfluss.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest die außen liegenden Schenkel an einem anderen Ende durch einen zweiten Stammschenkel, der insbesondere einen I-förmigen Kernteil bildet, miteinander verbunden sind. Dadurch wird zwischen den beiden Stammschenkeln ein Freiraum zur Verfügung gestellt, welcher zur Aufnahme der einander zugewandten Wirkungsabschnitte der Induktionsspulen dient. In diesen Freiraum ragt außerdem auch der dritte Schenkel beziehungsweise der mittlere Schenkel hinein, der sich beispielsweise bis zu dem zweiten Stammschenkel erstreckt, so dass der Freiraum durch den mittleren Schenkel in zwei Freiräume unterteilt wird. Der Kern ist insgesamt durch den zweiten Stammschenkel dabei insbesondere El-förmig ausgebildet.
Alternativ ist der Kern bevorzugt U I-förmig, EE-förmig oder U U-förmig
ausgebildet, je nachdem, ob der Kern drei oder nur zwei Schenkel aufweist. Es ergeben sich hierdurch weitere Anwendungsgebiete für die vorteilhafte Drossel.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform endet der mittlere Schenkel beabstandet zu dem zweiten Stammschenkel, so dass zwischen dem mittleren Schenkel und dem zweiten Stammschenkel ein Luftspalt besteht. Die Größe des Luftspalts bestimmt die Größe der Induktivitäten. Durch ein Verkürzen des mittleren Schenkels ist somit eine Anpassung der Induktivitäten auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Anwendungsfälle möglich. In einem Extremfall erstreckt sich der mittlere Schenkel bis zu dem zweiten Stammschenkel, in einem anderen Extremfall ist die Schenkellänge des mittleren Schenkels gleich Null, so dass der E-förmige Kern zu einem U-förmigen Kern wird. Ihren maximalen Wert erhalten die Induktivitäten, wenn der Luftspalt durch den mittleren Schenkel vollkommen bis zu dem zweiten Stammschenkel überbrückt ist, die Größe des Luftspalts also gleich Null ist. Ihren Minimalwert erhalten die Induktivitäten dann, wenn der Luftspalt zwischen dem mittleren Schenkel und dem zweiten Stammschenkel maximal ist. Die Streuinduktivität hängt in letzterem Fall hauptsächlich von der geometrischen Anordnung der Wicklungen zueinander ab.
Der erfindungsgemäße Wechselrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Gleichtakt-Gegentakt-Drossel aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:
Figur 1 ein Schaltbild einer integrierten Gleichtakt-Gegentakt- Drossel und Figuren 2A und B ein Ausführungsbeispiel der Gleichtakt-Drossel.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Schaltbild einer Gleichtakt- Gegentakt- Drossel 1, die in einem Bauteil realisiert ist. Die Drossel 1 weist Induktionsspulen LI, L2 und LDM auf, wobei die Induktionsspulen LI und LDM parallel zu der Induktionsspule L2 geschaltet sind. Durch einen dem
Hochspannungsnetz zugeordneten Kondensator CX1 fällt eine erste Spannung ab und durch zwei weitere Kondensatoren CY, zwischen denen ein
Masseanschluss liegt, fällt eine Spannung an der Niedervoltseite ab. Die Drossel ist dabei insbesondere an eine Schaltung eines hier nicht näher dargestellten Transformators angeschlossen. Die Spulen LI und L2 und LDM bilden eine Gleichtakt- Drossel CMC und die Spulen LI und LDM eine Gegentakt- Drossel DMC.
Figuren 2A und 2B zeigen ein Ausführungsbeispiel der Drossel 1 in einer vereinfachten Darstellung, wobei Figur 2A Bemaßungen zeigt und Figur 2B magnetische Streufelder der Drossel 1.
Gezeigt ist dabei der Aufbau der Drossel 1 in Planartechnik. Dieser kann auch an mit Drähten gewickelte Induktivitäten angewendet werden. In der Abbildung ist eine El- Kernform eines Kerns 3 der Drossel 1 gezeigt. Der Kern 3 weist somit ein E-förmiges Kernteil 4 sowie ein I-förmiges Kernteil 5 auf. Das E-förmige Kernteil 4 weist drei Schenkel 6, 7 und 8 auf, die parallel und beabstandet zueinander ausgerichtet sind und von einem Stammschenkel 9 ausgehen, so dass sich die E-Form ergibt. Der I-förmige Kernteil 5 liegt dem E-förmigen Kernteil 4 gegenüber, so dass der I-förmige Kernteil 5 parallel zu dem Stammschenkel 4 liegt und selbst einen zweiten Stammschenkel 10 bildet, der stirnseitig auf den außenliegenden Schenkeln 6 und 8 aufliegt, so dass ein Berührungskontakt zwischen den Schenkeln 8, 9 und dem Stammschenkel 10 beziehungsweise dem I-förmigen Kernteil 5 besteht.
Der zwischen den Schenkeln 6 und 8 liegende mittlere Schenkel 7 ist verkürzt ausgebildet, so dass sich ein Luftspalt / ergibt. Der Luftspalt / ist dabei gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kleiner als die Länge IF der außenliegenden Schenkel 6, 8. Um den Schenkel 6 ist die Spule LI als Gegentakt-Induktionsspule gewickelt und um den Schenkel 8 die Spule L2 als Gleichtakt-Induktionsspule. Die Schenkel 6, 7 und 8 weisen jeweils die gleiche Breite bs, so dass der Abstand der einander zugewandten Wicklungsabschnitte der Spulen LI und L2 an ihren zueinander zugewandten Seiten in dem E- Kernteil 9 genauso groß ist, wie der
Innendurchmesser der Spulen an dem jeweiligen Schenkel 6, 8.
Im Betrieb ergeben sich dabei die in Figur 2B gezeigten Felder beziehungsweise magnetischen Flüsse. Der Hauptfluss fließt durch die Wicklungen, so dass sich ein Hauptfeld H ergibt. Zusätzlich dazu hat jede Induktionswicklung LI, L2 ein eigenes Streufeld L1S beziehungsweise L2S, das die andere Induktionswicklung jeweils nicht durchfließt. Das Hauptfeld H wird von der Hauptinduktivität Lh und die Streufelder von den jeweiligen Streuinduktivitäten La erzeugt.
Durch die gezielte Einstellung des Luftspalts / wird eine Kopplung k zwischen den Wicklungen der Induktionsspulen LI und L2 eingestellt. Durch die Änderung von k ändern sich auch die Induktivitäten LDM und LCM. LDM und Lh erreichen ihren maximalen Wert bei einem Luftspalt von lag=0 mm. Umgekehrt haben die Induktivitäten LDM und Lh ihren minimalen Wert bei einem Luftspalt von lag=IF. In diesem Fall verschwindet der Mittelschenkel 7 vollständig und der bisherige I- Kernteil 4 wird zu einem U-Kernteil beziehungsweise zu einem U-förmigen Kern. Die Streuinduktivität hängt in diesem Fall hauptsächlich von der geometrischen Anordnung der Wicklungen beziehungsweise der Induktionsspulen LI, L2 zueinander ab. Je nach Kerngeometrie und Material ändert sich der Wert von Lh um circa 20% vom Minimalwert über die gesamte Längenänderung des
Luftspalts lag. Im Gegensatz dazu ändert sich der Wert der Induktivität LDM um circa 8000% bezogen auf ihren minimalen Wert. Unter Betrachtung dieser sehr unterschiedlichen Werteänderungen der Induktivitäten kann man von einem relativ konstanten Wert der Gleichtakt- Drossel bei einem höchsteinstellbaren Wert der Gegentakt- Drossel ausgehen. Mit dieser Anordnung werden Werte von LDM von wenigen mH bis zu > 100 mH erreicht. Für die Dimensionierung der
Induktivität muss die Sättigung des magnetischen Materials noch berücksichtigt werden. Die Drossel 1 kann auch mit zwei E- Kernen oder zwei U- Kernen oder einer Ul- Kernkombination realisiert werden. Die Windungen der Induktionsspulen LI und L2 sind nicht wie gewohnt um den Mittelschenkel 7 des Kerns gewickelt, sie sind jeweils um die äußeren Schenkel 6, 8 gewickelt. Das erhöht die Streuinduktivität La der Gleichtakt-Drossel. In diesem Aufbau gilt La =LDM und die
Hauptinduktivität Lh entspricht der Gleichtakt-Induktivität LCM, es gilt also Lh=LCM.
Ein weiterer Vorteil tritt bei Hochvoltanwendungen zutage, da beide Wicklungen beziehungsweise Induktionsspulen LI, L2 nicht übereinander gestapelt sind, sondern weit nebeneinander platziert sind. Damit können die
Isolationsanforderungen ohne Schwierigkeiten erfüllt werden. Da die Wicklungen nicht übereinander gebaut werden, können außerdem alle Kupferlagen für jede Wicklung genutzt werden. Dies reduziert den ohmschen Widerstand der Wicklungen, was die Kupferverluste der Gleichtakt- Drossel minimiert.
Desweiteren wird mit dem Aufbau ein erhöhter Freiheitsgrad bezogen auf die Gestaltung der einzelnen Wicklungen erzielt, da diese nicht übereinander gestapelt werden müssen. Weil die drei Schenkel 6, 7 und 8 die gleiche Breite bs aufweisen, ist eine hochgenaue Einstellung der Induktivitäten möglich.

Claims

Ansprüche
1. Gleichtakt-Gegentakt-Drossel (1) für ein elektrisch betreibbares
Kraftfahrzeug, mit einem zumindest zwei parallel und beabstandet
zueinander ausgerichteten Schenkeln (6, 8) aufweisenden Kern (4), mit einer Gleichtakt-Induktionsspule (LI) und mit einer Gegentakt-Induktionsspule (L2), wobei die beiden Induktionsspulen (LI, L2) jeweils um einen der zwei Schenkel (6, 8) gewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen einander zugewandten Wicklungsabschnitten der beiden
Induktionsspulen (LI, L2) dem Abstand der Wicklungsabschnitte zumindest einer der Induktionsspulen (LI, L2) beidseits des jeweiligen Schenkels (6, 8) zueinander entspricht.
2. Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4)
einen mittleren Schenkel (7) aufweist, wobei der mittlere Schenkel (7) zwischen den zwei Schenkeln (6, 8) angeordnet und beabstandet und parallel zu diesen ausgerichtet ist.
3. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die drei Schenkel (6, 7, 8) die gleiche Breite (bs) aufweisen.
4. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die drei Schenkel (6, 7, 8) an einem Ende durch einen ersten Stammschenkel (10) miteinander verbunden sind.
5. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kern (4) El-förmig ausgebildet ist.
6. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kern (4) U I-förmig, EE-förmig oder U U-förmig ausgebildet ist.
7. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der mittlere Schenkel (7) beabstandet zu dem zweiten Stammschenkel (10) endet, so dass zwischen dem mittleren Schenkel (7) und dem zweiten Stammschenkel (10) ein Luftspalt (/ ) besteht.
8. Transformator mit einer Schaltungsanordnung, die zwischen einer
Hochspannungsseite und einer Niederspannungsseite angeordnet ist, wobei auf mindestens einer der Seiten des Transformators eine Gleichtakt- Gegentakt- Drossel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angeordnet oder angeschlossen ist.
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